4. PROJETOS DE AVAC
4.1. Modelação e cálculo das cargas térmicas para edifício administrativo
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33 Figura 4.1 - Representação 3D do piso 0 do edifício.
Se o cálculo das cargas térmicas fosse realizado de forma analítica, seria necessário proceder à recolha dos dados climáticos de referência de Estarreja, presentes na Tabela 4.1. No entanto, o Cype recolhe essa informação de forma automática.
Tabela 4.1 - Zona climática.
Zona Climática
Concelho Estarreja
Altitude (m) 50
NUTS III Baixo Vouga
Zona Climática de Inverno I2
Número de Graus Dias (GD - ºC.dias) 1337 Duração Estação de Aquecimento (meses) 6,3
Zona Climática de Verão V1
A carga térmica é a quantidade de calor que se deve retirar ou adicionar ao local, por unidade de tempo, de forma a garantir as condições térmicas de conforto. Este cálculo é a base principal de qualquer projeto que afetará o dimensionamento de todos os componentes de uma instalação de climatização.
Os ganhos ou perdas de calor podem ser classificados como calor sensível ou calor latente.
Ganho de calor sensível é o ganho direto no ambiente, por meio de condução, convecção, e/ou radiação, provocando o aumento de temperatura. O calor que causa a alteração de temperatura num objeto é designado de calor sensível.
34 Este tipo de calor ocorre por meio de condução, convecção e/ou radiação, através das envolventes, pessoas, iluminação, equipamentos, renovação de ar e infiltrações.
A equação usada para calcular o calor sensível é a seguinte (Equação 4):
𝑞 = 𝑚 ∗ 𝑐 ∗ 𝛥𝜃 (4)
Sendo:
• q – Quantidade de Calor [J];
• m – Massa da substância [kg];
• c – Calor específico [J/kg.K];
• Δθ – Variação de Temperatura [ºC ou K]
Já o calor latente ocorre quando vapor de água é adicionado ao ambiente através da transpiração e respiração dos ocupantes e vapor gerado em equipamentos.
A magnitude do calor latente é calculada pela seguinte expressão (Equação 5):
𝑞 = 𝑚 ∗ 𝑙 (5)
• q – Quantidade de calor [J];
• m – Massa da substância [kg];
• l – Calor latente de vaporização [J/kg];
De acordo com o manual do SCE, as necessidades nominais anuais de aquecimento (Nic) dependem dos seguintes fatores (Equação 6):
𝑁𝑖𝑐 = (𝑄𝑡𝑟,𝑖+ 𝑄𝑣𝑒,𝑖− 𝑄𝑔𝑢,𝑖)/𝐴𝑃 (6)
Onde:
• Nic - Necessidades nominais anuais de energia útil para aquecimento [kWh/(m2 .ano)];
• Qtr,i - Transferência de calor por transmissão através da envolvente do edifício na estação de aquecimento [kWh/ano];
• Qve,i - Transferência de calor por ventilação na estação de aquecimento [kWh/ano];
• Qgu,i - Ganhos térmicos úteis na estação de aquecimento resultantes dos ganhos solares através dos vãos envidraçados, da iluminação, dos equipamentos e dos ocupantes [kWh/ano];
• AP – Área útil de pavimento [m2]
35 Para as necessidades nominais de arrefecimento (Nvc), os elementos necessários são os seguintes (Equação 7):
𝑁𝑣𝑐= (1 − 𝜂𝑣) ∗ 𝑄𝑔.𝑣/𝐴𝑃 (7)
• Nvc – Necessidades nominais anuais de energia útil para arrefecimento [kWh/(m2.ano)];
• ηv - Fator de utilização de ganhos térmicos na estação de arrefecimento;
• Qg.v - Ganhos térmicos brutos na estação de arrefecimento [kWh/ano];
• AP – Área útil de pavimento [m2]
Para proceder à modelação no Software Cype, foi necessário definir no respetivo programa os elementos construtivos do edifício que constavam no projeto de arquitetura já existente. Todos os coeficientes de transmissão térmica utilizados no estudo térmico foram obtidos através da biblioteca deste software.
De acordo com o manual do SCE, o cálculo do coeficiente de transmissão térmica, U, dos elementos constituídos por um ou mais materiais é calculado da seguinte forma (Equação 8):
𝑈 = 1
𝑅𝑠𝑖+∑ 𝑅𝑗+𝑅𝑠𝑒 (8)
• U – Coeficiente de transmissão térmica [W/m2.ºC];
• Rsi - Resistência térmica superficial interior [m2. °C/W];
• Rse - Resistência térmica superficial exterior [m2. °C/W];
• Rj - Resistência térmica da camada j com espessura constante [m2. °C/W].
Os elementos construtivos que serão apresentados de seguida, foram arbitrados devido à falta de informação para este tópico.
• Paredes exteriores:
Todas as paredes exteriores do edifício são duplas, com caixa de ar. De seguida, são descritos e caracterizados termicamente as paredes exteriores que constituem todo o edifício.
A parede é constituída por panos duplos de alvenaria de tijolo cerâmico furado triplo e duplo, respetivamente, para revestir (15cm + 11cm) com revestimento exterior de argamassa, isolamento térmico com painel semirrígido de lã mineral e um acabamento interior com lâmina homogénea de PVC, com tratamento de proteção superficial PUR (Figura 4.2).
O coeficiente de transmissão térmica, U, desta parede é de 0,47 W/m2.ºC (Fonte:
CypeCAD).
36 Figura 4.2 - Constituição das paredes exteriores.
• Paredes interiores
As paredes interiores do edifício são formadas por um pano de alvenaria de tijolo cerâmico furado duplo com 11 cm de espessura, assente com argamassa de cimento confecionada em obra (Figura 4.3).
As paredes interiores possuem um coeficiente de transmissão térmica, U, de 2,30 W/m2.ºC (Fonte: CypeCAD).
Figura 4.3 - Constituição das paredes interiores.
• Laje térrea
A laje do edifício tem como pavimento um soalho tradicional de tábuas de madeira maciça de pinho, a base do pavimento é do tipo flutuante composto por camada fina de pasta niveladora de pavimentos, um isolamento termo-acústico formado por um painel rígido de lã rocha, para além disto, possuí uma camada de regularização que consiste numa argamassa autonivelante de cimento de 4 cm de espessura, um massame de betão simples de 10 cm de espessura e para finalizar é constituído por um isolamento térmico horizontal formado por poliestireno extrudido com 4 cm de espessura e coberto com um filme de polietileno (Figura 4.4).
O seu coeficiente de transmissão térmica, U, é de 0,22 W/m2.ºC (Fonte: CypeCAD).
37 Figura 4.4 - Constituição da laje entre pisos.
• Vãos envidraçados
Para finalizar a modelação do edifício, os envidraçados selecionados são compostos por vidros duplos com controlo solar e baixa emissividade térmica (0,6 cm + 0,6 cm) e separados por uma câmara de 1,6 cm de espessura (Figura 4.5).
Possuí as seguintes propriedades (Fonte: CypeCAD):
• Coeficiente de Transmissão Térmica, U: 1,4 W/m2.ºC;
• Fator Solar, g: 20%;
• Transimissão luminosa, segundo NP EN 410: 17%.
Figura 4.5 - Características dos Envidraçados.
Depois de selecionadas e definidas todas as envolventes do edifício, a sua localização e orientação e os dados climáticos, é necessário definir os diferentes compartimentos existentes no edifício, dando assim a conhecer ao programa quais as divisões que precisarão ou não de ser climatizadas (Figuras 4.6 e 4.7).
38 Figura 4.6 - Definição dos compartimentos do edifício.
Figura 4.7 - Vista em planta do edifício.
Estando a introdução dos dados concluída, pode-se executar o programa e obter finalmente as cargas térmicas necessárias para a estação de arrefecimento e aquecimento e, desse modo, proceder ao comparativo planeado.
A simulação das cargas térmicas inclui inúmeras variáveis que nem sempre são conhecidas e sem opção de cálculo se não se possuir certos dados, tendo sido essa a principal razão de se ter recorrido ao CypeCAD. Estas cargas foram calculadas com base nas condições
39 climatéricas, no projeto da arquitetura, nos princípios construtivos e materiais utilizados (Figura 4.8).
Segundo o relatório de cálculo das cargas térmicas gerado pelo software Cype, a carga térmica total de aquecimento do Piso 0 do edifício é de 14,2 kW e a de arrefecimento é de 17,50 kW (Anexo VII).
Figura 4.8 - Exemplo de cálculo de cargas térmicas com o software Cype.
O sistema preconizado pelo projetista é constituído por dois sistemas VRF independentes, em que o Grupo 1 será instalado na zona sul do edifício e o Grupo 2 na zona norte do mesmo.
40 A comparação dos valores obtidos no software de cálculo utilizado com os valores definidos pelo projetista, encontra-se na tabela 4.2:
Tabela 4.2 - Comparação das cargas térmicas.
Calculados pelo CYPE Adotados pelo Projetista Necessidade
de Aquecimento
(kW)
Necessidade de Arrefecimento
(kW)
Máquinas de Projeto (MIDEA)
Potência Nominal de Aquecimento
(kW)
Potência Nominal de Arrefecimento
(kW) Open
Space (41,16m2)
3,04 4,57
MI2- 45Q4CDN1
(UI 1.1)
5,00 4,50
Gabinete 1
(26,47m2) 1,36 1,37 MI2-28GDN1
(UI 1.2) 3,20 2,80
Gabinete 2
(25,5m2) 1,25 1,36 MI2-28GDN1
(UI 1.3) 3,20 2,80
Receção
(21,79m2) 1,37 1,19 MI2-22GDN1
(UI 1.4) 2,40 2,20
Sala de Espera (14,00m2)
1,10 1,20 MI2-22GDN1
(UI 2.1) 2,40 2,20
Sala de Reunião 1 (16,00m2)
1,31 2,10 MI2-22GDN1
(UI 2.2) 2,40 2,20
Sala de Reunião 2 (46,00m2)
3,17 4,61
MI2- 45Q4CDN1
(UI 2.3)
5,00 4,50
Bastidor
(18,00m2) 0,56 0,35 MI2-22GDN1
(UI 2.4) 2,40 2,20
Copa
(9,00m2) 1,35 0,74 MI2-28GDN1
(UI 2.5) 3,20 2,80
Comparando os dois resultados é percetível que os valores dimensionados pelo projetista estão, na sua maioria, próximos das necessidades calculadas pelo programa, com exceção dos seguintes compartimentos:
• Open Space e Sala de Reunião 2: O facto de serem as duas divisões com maiores necessidades de aquecimento e arrefecimento é facilmente explicada pelo facto de terem áreas úteis de pavimento elevadas (Tabela 4.2), por terem uma vasta área de envidraçado que ocupa toda a largura da divisão e uma taxa ocupacional mais elevada.
Relativamente à diferença entre os valores da modelação e os do projetista, principalmente no aquecimento, pode ser justificada pela constituição das
41 envolventes e dos envidraçados, que foram bastante otimizados nesta modelação.
• Bastidor: Logicamente, pelo método de cálculo informático, este espaço não necessita praticamente de climatização, pois tem pouca área de pavimento e não possui envidraçados. Contudo, na realidade esta sala alberga todo o material associado à rede local do edifício e os equipamentos destinados às comunicações com o exterior, sendo que deste modo será dissipada uma quantidade de calor considerável dentro desta divisão tendo de se sobredimensionar as necessidades, como fez o projetista. É possível definir no CypeCAD a potência de equipamentos na divisão, no entanto, devido à falta de informação do projeto sobre este tópico, foi feita a modelação sem considerar a presença de qualquer equipamento.
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